2.5.5. Установки электроконтактного нагрева

Установки электроконтактного нагрева применяют на ремонт­ных заводах и в ремонтных мастерских для нагрева металлических заготовок и деталей для последующей их обработки давлением (ковка, штамповка, гибка и пр.), для термообработки (закалка, от­пуск, отжиг), а также с целью контактной электрической сварки. Указанный способ электронагрева может быть применен для ра­зогрева различного типа металлических трубопроводов с целью их оттаивания, снятия старой краски и т. п.

Схема преобразования электрической энергии в тепловую в ЭНУ электроконтактного нагрева приведена на рисунке 2.2, и. Так как сопротивление нагреваемой металлической детали мало, то согласно формуле (2.12) необходима большая сила тока нагрева, который подводят через массивные медные зажимы от вторичной обмотки специального понижающего трансформатора. Чтобы со­кратить электрические потери мощности и тем самым повысить электрический КПД ЭНУ электроконтактного нагрева, суммарное сопротивление вторичной обмотки понижающего трансформато­ра, соединительных проводов и контактов должно быть мини­мальным.

Действующее значение вторичного напряжения, В, однофазно­го понижающего трансформатора при нагрузке находят по уста­новленной мощности Р_у, Вт,

(2.128) где Л_д — активное сопротивление металлической детали в нагретом состоянии, Ом.

Требуемая мощность понижающего трансформатора, В • А, с учетом повторно-кратковременного режима работы установки

(2.129)

где ПВ = Гв/('в + %) — относительная продолжительность включения установки, 1_В — длительность нагрева, с; 1₀ — длительность паузы до следующего включения, с; созф = 0,6...0,85— коэффициент мощности нагрузки.

С целью обеспечения равномерности прогрева электроконтак­тный нагрев применяют преимущественно для металлических за­готовок и деталей, имеющих постоянное сечение по длине.

287

2.5.6. Установки электродугового нагрева

В сельскохозяйственном производстве ЭНУ электродугового нагрева нашли основное применение в виде разнообразных сва­рочных установок переменного и постоянного тока, используе­мых для сварки и наплавки металлических деталей плавящимися электродами (см. рис. 2.2, ж). В промышленности широко ис­пользуют электродуговые печи для выплавки алюминия, специ­альных сталей и сплавов.

Преобразование электрической энергии в тепловую в ЭНУ прямого электродугового нагрева происходит непосредственно в электрической дуге между двумя электродами, которые один или оба при прямом нагреве плавятся. Электрическая дуга представля­ет собой низкотемпературную плазму, температура которой нахо­дится в пределах 5000... 10 000 °С, а плотность тока достигает 1О⁶...1О⁸ А/м². Электроды при дуговом электрическом разряде на­греваются и плавятся за счет энергии падающих на них потоков электронов и положительных ионов, а также за счет мощного по­тока инфракрасного излучения столба дуги. Помимо инфракрас­ного излучения горение дуги сопровождается мощными потоками ультрафиолетового и видимого излучений.

Сварочная дуга может гореть на открытом воздухе, под слоем флюса и в среде защитного газа (аргон, углекислый газ и др.). Большинство установок используют крутопадающую вольт-ам­перную характеристику дуги, определяющую зависимость напря­жения на дуге от ее силы тока. Так, для дуги постоянного тока при токах до 100 А ее вольт-амперная характеристика крутопадающая, и напряжение на дуге с ростом тока уменьшается от 50...60 до 25 В. При токах от 100 до 1000 А напряжение на дуге достаточно посто­янно и составляет в среднем около 25 В.

Значение сварочного тока, А, для плавящихся электродов диа­метром й?_эл ⁼ 1---6 мм ориентировочно можно определить по эмпи­рической формуле

(2.130)

В качестве источников питания для дуговой сварки используют сварочные трансформаторы и сварочные выпрямители. При опе­ративной сварке и при необходимости получения более каче­ственного шва используют сварочные генераторы постоянного тока.

Все источники питания должны обеспечивать зажигание и ус­тойчивое горение дуги, регулирование ее силы тока, а также безо­пасную эксплуатацию и обслуживание оборудования.

Устойчивое горение дуги необходимо для высокой производи­тельности сварочного процесса.

288

Для облегчения зажигания и повышения устойчивости свароч­ной дуги переменного тока, особенно при сварке на малых токах, применяют осцилляторы, представляющие собой маломощные (100...250 Вт) искровые генераторы, преобразующие ток низко­го напряжения 50 Гц в ток высокой частоты (100...3000 кГц) и высокого напряжения (2500...6000 В). Высокочастотные импуль­сы подводят к дуговому промежутку сварочного аппарата, что облегчает возбуждение и стабилизацию дуги. Высокая частота к тому же снижает опасность поражения электрическим током. Имеются осцилляторы последовательного и параллельного включения.

Для повышения устойчивости горения дуги переменного тока во флюсы также вводят элементы с низким потенциалом иониза­ции — калий, натрий, кальций.

Однако все же на постоянном токе дуга горит надежнее. Поэто­му качество сварного шва, выполненного на постоянном токе, выше, чем на переменном.

Швы сварных соединений в зависимости от взаимного распо­ложения деталей подразделяют на стыковые, угловые, тавровые и внахлест. Форма и размеры шва зависят от режима сварки. При ручной дуговой сварке основные параметры режима — диаметр электрода, значения тока и напряжения, род и полярность тока, скорость сварки.

Выбирая значения сварочного тока, следует помнить, что с его увеличением возрастает количество выделенной теплоты и повы­шается давление дуги, при этом глубина провара возрастает. Боль­шой ток повышает скорость плавления электрода и приводит к образованию швов с повышенной напряженностью металла. Зна­чение сварочного тока определяется также видом соединения. Тавровые и швы внахлест выполняют большим током по сравне­нию со стыковым.

С уменьшением диаметра электрода при неизменной силе тока возрастает плотность тока, выделяющаяся теплота концентриру­ется на меньшей площади свариваемого металла, следовательно, уменьшается ширина шва и увеличивается глубина провара.

Для дуги постоянного тока можно использовать ток прямой и обратной полярности. В первом случае минус источника присое­диняют к электроду, во втором — к свариваемому изделию. Ток обратной полярности применяют в тех случаях, когда требуется уменьшить выделение теплоты на свариваемом изделии.

При прямой полярности глубина провара на 10...50 % меньше, а при переменном токе на 15...20 % также меньше, чем при сварке постоянным током обратной полярности.

289

Скорость образования шва 1О...12м/ч обеспечивает нормаль­ный провар; при более высоких скоростях уменьшаются глубина и ширина провара.

19-6572

Отметим, что режим источников питания при ручной дуговой сварке характеризуется тем, что периоды нагрузки чередуются с паузами. Длительность перерыва в горении дуги определяется так­же необходимостью замены деталей или перемещения держателя с электродом к новому участку сварки.

Прерывистый режим работы источника характеризуется отно­сительной продолжительностью нагрузки (ПН):

где х\ — время горения дуги, ч; т₂ — время паузы или холостого хода, ч; т_и — общая продолжительность цикла, ч.

Источники питания сварочной дуги выбирают прежде всего по номинальной силе сварочного тока /_н при номинальной (норми­руемой) продолжительности нагрузки ПН_Н, которая для разных источников обычно равна 60 или 100 %. Пересчитывают предель­ную нагрузочную способность сварочного источника по току на фактическое значение продолжительности нагрузки ПНф_акт по со­отношению

(2.132)